[实用新型]通用的合成孔径激光成像雷达光学天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及合成孔径激光成像雷达，特别是一种通用的合成孔径激光雷达光学天线。

采用双向环路发射接收望远镜。双向环路由可调次望远镜结构的发射通道和转像望远镜结构的接收通道组成，连接激光光源、光电探测器和主望远镜。发射通道中次望远镜主镜位置可移动，接收通道中设置转像系统离焦，光电探测器前放置孔径光阑。本实用新型通过控制发射次望远镜物镜的位置，可以实现不同曲率半径的空间二次项相位附加偏置的激光发射波面，而且通过控制接收通道的离焦量和孔径光阑的大小，可以在消除目标回波接收波面像差的同时，实现光学天线接收方向性的调节，从而用同一光学天线可以在远场或者近场产生雷达运动方向上合适的和可控的相位二次项历程，实现孔径合成成像。

背景技术

合成孔径激光成像雷达的原理取之于射频领域的合成孔径雷达原理，是能够在远距离取得厘米量级分辨率的唯一的光学成像观察手段。但是由于光频波段的波长比射频波段的波长短3～6个数量级，而且光学望远镜主镜的尺度大于波长3～6个数量级，其空间发射和接收与射频的发射和接收有原理性差别。合成孔径激光成像雷达采用光学望远镜作为发射和接收天线，但是用作回波信号接收和激光发射时对于望远镜的要求也有所不同。因此，采用同一望远镜作为发射和接收天线时，望远镜必须同时满足激光发射要求和光学接收要求，保证在回波外差接收信号中产生目标的合适的相位二次项历程，实现激光孔径合成成像。

合成孔径激光成像首先在实验室实现验证，但是这些实验属于细小光束的近距离模拟，没有采用真实光学望远镜作为接收和发射天线。2006年，在美国国防先进研究计划局支持下美国雷声公司和诺格公司分别实现了机载合成孔径激光雷达实验，但是没有考虑光学天线的接收波面像差或者波前形状的影响，也没有考虑光学天线的发射时的附加空间二次项相位偏置。(参见[1]W.Buell，N.Marechal，J.Buck，R.Dickinson，D.Kozlowski，T.Wright，and S.Beck，“Demonstration of synthetic apertureimaging ladar，”Proc.SPIE，5791：152-166，2005；[2]J.Ricklin，M.Dierking，S.Fuhrer，B.Schumm，and D.Tomlison，“Synthetic aperture ladar for tactical imaging，”DARPAStrategic Technology Office.)

在激光发射过程中，望远镜作为激光发射天线的基本要求是需要保证主镜口径上的衍射极限发射，因此目标距离上的激光照明光斑的波前特性取决于望远镜发射光场分布和衍射距离。在光学接收过程中，目标的反射回波经过一定距离衍射到达合成孔径激光成像雷达的光学望远镜时，将随着距离变化产生不同的波面像差或者波前形状，通过接收望远镜在光电探测器面上与激光本机振荡光束合成进行外差探测时，波面像差将极大地影响外差光电探测效率，甚至导致探测失效。在先技术[3](刘立人，合成孔径激光成像雷达的双向环路发射接收望远镜，发明专利，申请号：200810034238.)提出了一种用于合成孔径激光成像雷达的双向环路结构的发射接收望远镜，实现了空间二次项相位附加偏置的激光发射和消除目标点散射回波接收波面像差的离焦光学接收。但是，这种光学天线只适用于一种特定工作距离，可以是远场，也可以是近场，而不能调整发射波面和接收视场。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述在先技术的不足，提出一种通用的合成孔径激光成像雷达光学天线，该合成孔径激光成像雷达光学天线可实现不同曲率半径的空间二次项相位附加偏置的激光发射波面，而且在消除目标回波接收波面像差的同时，实现光学天线接收方向性的调节，从而在远场或者近场工作距离上都能够产生雷达运动方向上合适的和可控的相位二次项历程，实现孔径合成成像。

本实用新型的技术解决方案是：